什么是PHY?

什么是PHY?

PHY指物理層，OSI的最底層。
一般指與外部信號(hào)接口的芯片。
以太網(wǎng)PHY芯片
?????? 網(wǎng)絡(luò)中最基礎(chǔ)的部件是什么?不是交換機(jī)也不是路由器，而是小小的不起眼但又無處不在的網(wǎng)卡。如果在5年前，或許網(wǎng)卡與您無關(guān)，但在如今這網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，無論是上網(wǎng)沖浪還是聯(lián)網(wǎng)玩游戲，都離不開網(wǎng)卡，更何況，就算您不食人間煙火，多數(shù)主板上也會(huì)為您集成一塊板載網(wǎng)卡。所以，對(duì)于想邁入網(wǎng)絡(luò)之門的讀者而言，先認(rèn)識(shí)網(wǎng)卡，會(huì)讓您在進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)更得心應(yīng)手。
一、網(wǎng)卡的主要特點(diǎn)
?????? 網(wǎng)卡(Network Interface Card，簡(jiǎn)稱NIC)，也稱網(wǎng)絡(luò)適配器，是電腦與局域網(wǎng)相互連接的設(shè)備。無論是普通電腦還是高端服務(wù)器，只要連接到局域網(wǎng)，就都需要安裝一塊網(wǎng)卡。如果有必要，一臺(tái)電腦也可以同時(shí)安裝兩塊或多塊網(wǎng)卡。
電腦之間在進(jìn)行相互通訊時(shí)，數(shù)據(jù)不是以流而是以幀的方式進(jìn)行傳輸?shù)?。我們可以把幀看做是一種數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包中不僅包含有數(shù)據(jù)信息，而且還包含有數(shù)據(jù)的發(fā)送地、接收地信息和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息。一塊網(wǎng)卡包括OSI模型的兩個(gè)層——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的電與光信號(hào)、線路狀態(tài)、時(shí)鐘基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯(cuò)檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口等功能。
網(wǎng)卡的功能主要有兩個(gè):一是將電腦的數(shù)據(jù)封裝為幀，并通過網(wǎng)線(對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)來說就是電磁波)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去;二是接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備傳過來的幀，并將幀重新組合成數(shù)據(jù)，發(fā)送到所在的電腦中。網(wǎng)卡能接收所有在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘?hào)，但正常情況下只接受發(fā)送到該電腦的幀和廣播幀，將其余的幀丟棄。然后，傳送到系統(tǒng)CPU做進(jìn)一步處理。當(dāng)電腦發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)卡等待合適的時(shí)間將分組插入到數(shù)據(jù)流中。接收系統(tǒng)通知電腦消息是否完整地到達(dá)，如果出現(xiàn)問題，將要求對(duì)方重新發(fā)送。
二、圖解網(wǎng)卡
????? 以最常見的PCI接口的網(wǎng)卡為例，一塊網(wǎng)卡主要由PCB線路板、主芯片、數(shù)據(jù)汞、金手指(總線插槽接口)、BOOTROM、EEPROM、晶振、RJ45接口、指示燈、固定片等等，以及一些二極管、電阻電容等組成。下面我們就來分別了解一下其中主要部件。
●主芯片

????? 網(wǎng)卡的主控制芯片是網(wǎng)卡的核心元件，一塊網(wǎng)卡性能的好壞和功能的強(qiáng)弱多寡，主要就是看這塊芯片的質(zhì)量。以常見的Realtek公司推出的RTL8139C和RTL8139D為例，二者首先在封裝上略有不同，前者是128pin QFP/LQFP而后者為100pin，其次在搭配的EEPROM上，8139C比后者多出了對(duì)93c56的支持，而8139D是93C46。但是在功能方面，8139D更強(qiáng)一些，它多提供了對(duì)PCI Multi-function和PCI-bridge I/F的支持，PCI Multi-function允許把RTL8139D芯片和其他的功能芯片(如硬件調(diào)制解調(diào)芯片)設(shè)計(jì)在同塊PCB板上協(xié)同工作來做成不同種類的多功能卡，在其中8139起的作用是辨別LAN信號(hào)還是PCI總線信號(hào)的作用;8139D還增強(qiáng)了電源管理功能。
如果按網(wǎng)卡主芯片的速度來劃分，常見的10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡芯片有Realtek 8139系列/810X系列、VIA VT610*系列、Intel 82550PM/82559系列、Broadcom 44xx系列、3COM 3C920系列、Davicom DM9102、Mxic MX98715等等。
常見的10/100/1000M自適應(yīng)網(wǎng)卡芯片有Intel的8254*系列，Broadcom的BCM57**系列，Marvell的88E8001/88E8053/88E806*系列，Realtek的RTL8169S-32/64、RTL8110S-32/64(LOM)、RTL8169SB、RTL8110SB(LOM)、RTL8168(PCI Express)、RTL8111(LOM、PCI Express)系列，VIA的VT612*系列等等。
Marvell的88E8001千兆芯片
?????? 需要說明的是網(wǎng)卡芯片也有“軟硬”之分，特別是對(duì)與主板板載(LOM)的網(wǎng)卡芯片來說更是如此，這是怎么回事呢?大家知道，以太網(wǎng)接口可分為協(xié)議層和物理層。
協(xié)議層是由一個(gè)叫MAC(Media Access Layer，媒體訪問層)控制器的單一模塊實(shí)現(xiàn)。
物理層由兩部分組成，即PHY(Physical Layer，物理層)和傳輸器。
常見的網(wǎng)卡芯片都是把MAC和PHY集成在一個(gè)芯片中，但目前很多主板的南橋芯片已包含了以太網(wǎng)MAC控制功能，只是未提供物理層接口，因此，需外接PHY芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。這類PHY網(wǎng)絡(luò)芯片就是俗稱的“軟網(wǎng)卡芯片”，常見的PHY功能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。

?????? “軟網(wǎng)卡”一般將網(wǎng)絡(luò)控制芯片的運(yùn)算部分交由處理器或南橋芯片處理，以簡(jiǎn)化線路設(shè)計(jì)，從而降低成本，但其多少會(huì)更多占用系統(tǒng)資源.
●BOOTROM
?????? BOOTROM插座也就是常說的無盤啟動(dòng)ROM接口，其是用來通過遠(yuǎn)程啟動(dòng)服務(wù)構(gòu)造無盤工作站的。遠(yuǎn)程啟動(dòng)服務(wù)(Remoteboot，通常也叫RPL)使通過使用服務(wù)器硬盤上的軟件來代替工作站硬盤引導(dǎo)一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)上的工作站成為可能。網(wǎng)卡上必須裝有一個(gè)RPL(Remote Program Load遠(yuǎn)程初始程序加載)ROM芯片才能實(shí)現(xiàn)無盤啟動(dòng)，每一種RPL ROM芯片都是為一類特定的網(wǎng)絡(luò)接口卡而制作的，它們之間不能互換。帶有RPL的網(wǎng)絡(luò)接口卡發(fā)出引導(dǎo)記錄請(qǐng)求的廣播(broadcasts)，服務(wù)器自動(dòng)的建立一個(gè)連接來響應(yīng)它，并加載MS-DOS啟動(dòng)文件到工作站的內(nèi)存中。
?????? 此外，在BOOTROM插槽中心一般還有一顆93C46、93LC46或93c56的EEPROM芯片(93C56是128*16bit的EEPROM，而93C46是64*16bit的EEPROM)，它相當(dāng)于網(wǎng)卡的BIOS，里面記錄了網(wǎng)卡芯片的供應(yīng)商ID、子系統(tǒng)供應(yīng)商ID、網(wǎng)卡的MAC地址、網(wǎng)卡的一些配置，如總線上PHY的地址，BOOTROM的容量，是否啟用BOOTROM引導(dǎo)系統(tǒng)等內(nèi)容。主板板載網(wǎng)卡的EEPROM信息一般集成在主板BIOS中。
●LED指示燈
?????? 一般來講，每塊網(wǎng)卡都具有1個(gè)以上的LED(Light Emitting Diode發(fā)光二極管)指示燈，用來表示網(wǎng)卡的不同工作狀態(tài)，以方便我們查看網(wǎng)卡是否工作正常。典型的LED指示燈有Link/Act、Full、Power等。Link/Act表示連接活動(dòng)狀態(tài)，F(xiàn)ull表示是否全雙工(Full Duplex)，而Power是電源指示(主要用在USB或PCMCIA網(wǎng)卡上)等。
●網(wǎng)絡(luò)喚醒接口
?????? 早期網(wǎng)卡上還有一個(gè)專門的3芯插座網(wǎng)絡(luò)喚醒(WOL)接口(PCI2.1標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡)，Wake On LAN(網(wǎng)絡(luò)喚醒)提供了遠(yuǎn)程喚醒計(jì)算機(jī)的功能，它是IBM公司和Intel公司于1996年10月成立的先進(jìn)管理性聯(lián)盟(Advanced Manageability Alliance)的一項(xiàng)成果，它可以讓管理員在非工作時(shí)間遠(yuǎn)程喚醒計(jì)算機(jī)，并使它們自動(dòng)完成一些管理服務(wù)，例如軟件的更新或者病毒掃描。它也是Wired for Management基本規(guī)范中的一部分。網(wǎng)絡(luò)喚醒的工作原理是先由一個(gè)管理軟件包發(fā)出一個(gè)基于Magic Packet標(biāo)準(zhǔn)的喚醒幀，支持網(wǎng)絡(luò)喚醒的網(wǎng)卡收到喚醒幀后對(duì)其進(jìn)行分析并確定該幀是否包含本網(wǎng)卡的MAC地址。如果包含本網(wǎng)卡的MAC地址，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入開機(jī)狀態(tài)。
目前主流的獨(dú)立網(wǎng)卡或主板板載網(wǎng)卡都符合PCI2.2及以上的規(guī)范，所以不再需要這個(gè)接口，要啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)喚醒功能，只需到主板BIOS中啟用“Wake on PCI Card”功能即可。
●數(shù)據(jù)汞
?????? 數(shù)據(jù)汞是消費(fèi)級(jí)PCI網(wǎng)卡上都具備的設(shè)備，數(shù)據(jù)汞也被叫做網(wǎng)絡(luò)變壓器或可稱為網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器。它在一塊網(wǎng)卡上所起的作用主要有兩個(gè)，一是傳輸數(shù)據(jù)，它把PHY送出來的差分信號(hào)用差模耦合的線圈耦合濾波以增強(qiáng)信號(hào)，并且通過電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換耦合到不同電平的連接網(wǎng)線的另外一端;一是隔離網(wǎng)線連接的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的不同電平，以防止不同電壓通過網(wǎng)線傳輸損壞設(shè)備。除此而外，數(shù)據(jù)汞還能對(duì)設(shè)備起到一定的防雷保護(hù)作用。
●晶振
?????? 晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，英文名為Crystal，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝不斷提高，現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標(biāo)都很好，已不容易出現(xiàn)故障，但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的質(zhì)量。
例如某網(wǎng)卡的時(shí)鐘電路采用了高精度的SKO25MHz的晶振，較可*保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_同步性，大大減少了丟包的可能性，并且在線路的設(shè)計(jì)上盡量*近主芯片，使信號(hào)走線的長(zhǎng)度大大縮短，可*性進(jìn)一步增加。而如果采用劣質(zhì)晶振，這樣做雖然可以降低一點(diǎn)網(wǎng)卡成本，但因?yàn)轭l率的準(zhǔn)確性問題，極易造成傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟包的情況。
●網(wǎng)線接口
?????? 在桌面消費(fèi)級(jí)網(wǎng)卡中常見網(wǎng)卡接口有BNC接口和RJ-45接口(類似電話的接口)，也有兩種接口均有的雙口網(wǎng)卡。接口的選擇與網(wǎng)絡(luò)布線形式有關(guān)，在小型共享式局域網(wǎng)中，BNC口網(wǎng)卡通過同軸電纜直接與其它計(jì)算機(jī)和服務(wù)器相連;RJ-45口網(wǎng)卡通過雙絞線連接集線器(HUB)或交換機(jī)，再通過集線器或交換機(jī)連接其它計(jì)算機(jī)和服務(wù)器。
目前BNC接口這種接口類型的網(wǎng)卡已很少見，主要因?yàn)橛眉?xì)同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)就比較少及組網(wǎng)方式問題較多有關(guān)。RJ-45是8芯線，而電話線的接口是4芯的，通常只接2芯線(ISDN的電話線接4芯線);但大家可以仔細(xì)看看，其實(shí)10M網(wǎng)卡的RJ-45插口也只用了1、2、3、6四根針，而100M或1000M網(wǎng)卡的則是八根針都是全的，這也是區(qū)別10M和100M網(wǎng)卡的一種方法(見上圖8)。
●傳輸介質(zhì)類型
?????? 說到網(wǎng)卡，就順便就談?wù)勁c網(wǎng)卡連接的雙絞線。
雙絞線，是由許多在一個(gè)絕緣外套中的對(duì)線組成的數(shù)據(jù)傳輸線，它的特點(diǎn)就是價(jià)格便宜，現(xiàn)在的網(wǎng)卡大部分都是使用的雙絞線做為傳輸線纜。雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭)，連接網(wǎng)卡與集線器，最大網(wǎng)線長(zhǎng)度為100米左右。
雙絞線有STP(屏蔽雙絞線)和UTP(非屏蔽雙絞線)兩種。STP的雙絞線內(nèi)有一層金屬隔離膜，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可減少電磁干擾，所以它的穩(wěn)定性較高。而UTP內(nèi)沒有這層金屬膜，所以它的穩(wěn)定性較差，但它的優(yōu)勢(shì)就是價(jià)格便宜。其中STP(屏蔽雙絞線)主要分為3類和5類兩種線，UTP(非屏蔽雙絞線)主要分為3類/4類/5類/超5類/6類幾種，一般網(wǎng)絡(luò)主要使用的是5類雙絞線，5類雙絞線外層保護(hù)膠皮厚，膠皮上標(biāo)注“CAT5”字樣。超5類雙絞線屬非屏蔽雙絞線，與普通5類雙絞線比較，超5類雙絞線在傳送信號(hào)時(shí)衰減更小，抗干擾能力更強(qiáng)，在100M網(wǎng)絡(luò)中，用戶設(shè)備的受干擾程度只有普通5類線的1/4，其也是目前應(yīng)用的主流。
●總線接口
?????? 網(wǎng)卡要與電腦相連接才能正常使用，電腦上各種接口層出不窮，這也造成了網(wǎng)卡所采用的總線接口類型紛呈。此外，提到總線接口，需要說明的是人們一般將這類接口俗稱為“金手指”，為什么叫金手指呢?是因?yàn)檫@類插卡的線腳采用的是鍍鈦金(或其它金屬)，保證了反復(fù)插拔時(shí)的可*接觸，既增大了自身的抗干擾能力又減少了對(duì)其他設(shè)備的干擾。
為了方便您了解，下面我們就分別來圖解一下常見的各種接口類型的網(wǎng)卡。
①ISA接口網(wǎng)卡
?????? ISA是早期網(wǎng)卡使用的一種總線接口，ISA網(wǎng)卡采用程序請(qǐng)求I/O方式與CPU進(jìn)行通信，這種方式的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率低，CPU資源占用大，其多為10M網(wǎng)卡，目前在市面上基本上看不到有ISA總線類型的網(wǎng)卡，筆者從舊件堆中找到了幾款I(lǐng)SA網(wǎng)卡，D-LINK的產(chǎn)品，居然用橡皮擦清潔金手指上機(jī)后還能用。
②PCI接口網(wǎng)卡
?????? PCI(peripheral component interconnect)總線插槽仍是目前主板上最基本的接口。其基于32位數(shù)據(jù)總線，可擴(kuò)展為64位，它的工作頻率為33MHz/66MHz。數(shù)據(jù)傳輸率為每秒132MB(32*33MHz/8)。目前PCI接口網(wǎng)卡仍是家用消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)上的絕對(duì)主流。
③PCI-X接口網(wǎng)卡
????? PCI-X是PCI總線的一種擴(kuò)展架構(gòu)，它與PCI總線不同的是，PCI總線必須頻繁的于目標(biāo)設(shè)備和總線之間交換數(shù)據(jù)，而PCI-X則允許目標(biāo)設(shè)備僅于單個(gè)PCI-X設(shè)備看已進(jìn)行交換，同時(shí)，如果PCI-X設(shè)備沒有任何數(shù)據(jù)傳送，總線會(huì)自動(dòng)將PCI-X設(shè)備移除，以減少PCI設(shè)備間的等待周期。所以，在相同的頻率下，PCI-X將能提供比PCI高14-35%的性能。目前服務(wù)器網(wǎng)卡經(jīng)常采用此類接口的網(wǎng)卡。
④PCI-E接口網(wǎng)卡
?????? PCI Express 1X接口已成為目前主流主板的必備接口。不同與并行傳輸，PCI Express接口采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行連接方式，PCI Express接口根據(jù)總線接口對(duì)位寬的要求不同而有所差異，分為PCI Express 1X(標(biāo)準(zhǔn)250MB/s，雙向500MB/s)、2X(標(biāo)準(zhǔn)500MB/s)、4X(1GB/s)、8X(2GB/s)、16X(4GB/s)、32X(8GB/s)。采用PCI-E接口的網(wǎng)卡多為千兆網(wǎng)卡。
⑤USB接口網(wǎng)卡
?????? 在目前的電腦上很難找到?jīng)]有USB接口(Universal Serial Bus，通用串行總線)的，USB總線分為USB2.0和USB1.1標(biāo)準(zhǔn)。USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率的理論值是12Mbps，而USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率可以高達(dá)480Mbps，目前的USB有線網(wǎng)卡多為USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的。
⑥PCMCIA接口網(wǎng)卡
????? PCMCIA接口是筆記本電腦專用接口，PCMCIA總線分為兩類，一類為16位的PCMCIA，另一類為32位的CardBus，CardBus網(wǎng)卡的最大吞吐量接近90Mbps，其是目前市售筆記本網(wǎng)卡的主流。
⑦M(jìn)ini-PCI接口網(wǎng)卡
??????? MiniPCI接口是在臺(tái)式機(jī)PCI接口基礎(chǔ)上擴(kuò)展出的適用于筆記本電腦的接口標(biāo)準(zhǔn)，其速度和PCI標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，很多此類產(chǎn)品都是無線網(wǎng)卡。